Comment l’hémicellulose façonne la structure de la lignine dans des parois cellulaires végétales artificielles
La cellulose, l’hémicellulose et la lignine, les biopolymères les plus abondants sur Terre, composent la matrice structurelle de la biomasse végétale, fournissant des ressources renouvelables essentielles à la bioénergie et aux matériaux durables. Malgré leur importance, les processus mécanochimiques à l’échelle nanométrique qui constituent l’assemblage de la lignocellulose lors de la formation de la paroi cellulaire secondaire des plantes restent mal compris, ce qui freine les progrès dans les technologies de conversion de la biomasse.
Nous avons ainsi synthétisé un système modèle biomimétique composé de nanofibrilles de cellulose-hémicellulose afin d’étudier la polymérisation de la lignine guaiacylique dans un contexte physiologique pertinent. À l’aide de techniques avancées comme la microscopie optique à champ proche de type diffusif (s-SNOM), la spectroscopie infrarouge et par résonance magnétique nucléaire (RMN), nous avons montré que la présence d’hémicellulose module considérablement le dépôt de lignine et modifie la distribution de ses liaisons inter-unitaires. À l’inverse, les composés en cellulose pure vont supporter une teneur en liaisons β-O-4′ nettement plus élevée qui se traduit par un revêtement de lignine à l’échelle nanométrique plus uniforme.
Nos travaux contribuent à mieux comprendre comment les sites d’hémicellulose accessibles, tant sur le plan stérique que chimique, dirigent le couplage radicalaire pendant la lignification, remodelant fondamentalement l’architecture nanométrique de la lignine. Ces résultats approfondissent notre compréhension sur la mécanique de la biosynthèse de la paroi cellulaire végétale et peuvent éclairer les stratégies visant à améliorer l’efficacité de la déconstruction de la biomasse pour des applications bioénergétiques durables.
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano
Références : How hemicellulose shapes the structure of lignin in artificial plant cell walls, Patrick J. Snyder, Valentin Allard, Samarthya Bhagia, Rubye H. Farahi, Aude L. Lereu, Mikael P. Backlund, Ali Passian, ACS Nano, November 2025
Partenaires :
- Illinois Quantum Information Science and Technology Center, University of Illinois at Urbana-Champaign, USA
- Aix Marseille Université, CNRS, Centrale Méditerranée, Institut Fresnel, Marseille, France
- Joint Institute for Biological Sciences, Biosciences Division, Oak Ridge National Laboratory, USA
- Quantum Sensing and Computing, Quantum Information Science, Oak Ridge National Laboratory, USA
Mots clés : Nanofibrilles de cellulose-hémicellulose, polymérisation de la lignine, modèle biomimétique de la paroi cellulaire végétale, microscopie optique à champ proche de type diffusif (s-SNOM), nanospectroscopie infrarouge, résonance magnétique nucléaire (RMN)
